第5節(jié)　相對論時空觀與牛頓力學(xué)的局限性 教學(xué)課件

物理第七章萬有引力與宇宙航行第5節(jié)相對論時空觀與牛頓力學(xué)的局限性01必備知識素養(yǎng)奠基02關(guān)鍵能力素養(yǎng)形成[學(xué)習(xí)目標(biāo)]1．了解經(jīng)典力學(xué)的發(fā)展歷程和偉大成就．2．認(rèn)識經(jīng)典力學(xué)的局限性和適用范圍．3．初步了解微觀和高速世界中的奇妙現(xiàn)象．4．了解相對論、量子力學(xué)和經(jīng)典力學(xué)的關(guān)系．知識點(diǎn)1相對論時空觀1．19世紀(jì)，英國物理學(xué)家麥克斯韋根據(jù)電磁場理論預(yù)言了__________的存在，并證明電磁波的傳播速度等于_________．2．1887年的邁克耳孫—莫雷實(shí)驗(yàn)以及其他一些實(shí)驗(yàn)表明：在不同的參考系中，光的傳播速度都是_______的．電磁波光速c一樣相同相同運(yùn)動狀態(tài)[判一判]1．(1)洲際導(dǎo)彈的速度有時可達(dá)到6000m/s，此速度在相對論中屬于高速．(

)(2)時間間隔和長度在任何時候都不會變．(

)(3)對于高速運(yùn)動的物體，它的長度隨著速度的增大而減?。?

)√××知識點(diǎn)2牛頓力學(xué)的成就與局限性1．電子、質(zhì)子、中子等微觀粒子不僅具有_________，同時還具有波動性，它們的運(yùn)動規(guī)律在很多情況下不能用經(jīng)典力學(xué)來說明，而______________能夠很好地描述微觀粒子的運(yùn)動規(guī)律．2．經(jīng)典力學(xué)的適用范圍：只適用于_______運(yùn)動，不適用于_______運(yùn)動；只適用于_______世界，不適用于_______世界．粒子性量子力學(xué)低速高速宏觀微觀[判一判]2．(1)對于宏觀物體的低速運(yùn)動問題，相對論、量子力學(xué)與經(jīng)典力學(xué)是一致的．(

)(2)牛頓力學(xué)適用于低速、宏觀物體．(

)(3)相對論時空觀否定了牛頓力學(xué)時空觀．(

)√×√1．(光速不變原理)在高速世界里，時間和空間都是相對的，都會隨慣性參考系的選擇不同而不同．基于愛因斯坦的假設(shè)，下列說法正確的是(

)A．物理規(guī)律在一切參考系中都具有相同的形式B．在一切參考系中，測量到的真空中的光速c都一樣C．在一切慣性參考系中，測量到的真空中的光速c都一樣D．上面所述均不正確√解析：關(guān)于相對論時空觀，愛因斯坦的假設(shè)是：在不同的慣性參考系中，物理規(guī)律的形式都是相同的；真空中的光速在不同的慣性參考系中大小都是相同的，故A、B錯誤，C正確．2．(相對時空觀)通過一個加速裝置對電子施加一很大的恒力，使電子從靜止開始加速，則對這個加速過程，下列描述正確的是(

)A．根據(jù)牛頓第二定律，電子將一直做勻加速直線運(yùn)動B．電子先做勻加速直線運(yùn)動，后以光速做勻速直線運(yùn)動C．電子開始近似于勻加速直線運(yùn)動，后來質(zhì)量增大，牛頓運(yùn)動定律不再適用D．電子是微觀粒子，整個加速過程根本就不能用牛頓運(yùn)動定律來解釋√解析：電子在加速裝置中由靜止開始加速運(yùn)動，初始階段速度較小，遠(yuǎn)小于光速，此時牛頓運(yùn)動定律基本適用，可以認(rèn)為在它被加速的最初階段，它做勻加速運(yùn)動；隨著電子速度越來越大，接近光速時，相對論效應(yīng)越來越明顯，質(zhì)量增大，它不再做勻加速直線運(yùn)動，牛頓運(yùn)動定律不再適用．3．(經(jīng)典力學(xué)與相對論)

關(guān)于經(jīng)典力學(xué)和相對論，下列說法正確的是(

)A．經(jīng)典力學(xué)和相對論是各自獨(dú)立的學(xué)說，互不相容B．相對論是在否定了經(jīng)典力學(xué)的基礎(chǔ)上建立起來的C．相對論和經(jīng)典力學(xué)是兩種不同的學(xué)說，二者沒有聯(lián)系D．經(jīng)典力學(xué)包含于相對論之中，經(jīng)典力學(xué)是相對論的特例解析：經(jīng)典力學(xué)包含于相對論之中，經(jīng)典力學(xué)是相對論的特例，即當(dāng)速度遠(yuǎn)小于光速時的特殊情形，故D正確．√探究一相對論時空觀與牛頓力學(xué)

1．絕對時空觀絕對時空觀認(rèn)為時間和空間是兩個獨(dú)立的觀念，彼此之間沒有聯(lián)系，分別具有絕對性．絕對時空觀首先由牛頓明確提出，也叫牛頓力學(xué)時空觀．在絕對時空觀中，時間與空間的度量與慣性參考系的運(yùn)動狀態(tài)無關(guān)．(1)慣性系：凡是牛頓運(yùn)動定律成立的參考系，稱為慣性參考系，簡稱慣性系，相對一個慣性系做勻速直線運(yùn)動的另一個參考系也是慣性系．慣性系就是沒有加速度的參考系，如地面．(2)非慣性系：牛頓運(yùn)動定律不成立的參考系稱為非慣性參考系，如加速中的汽車，這個汽車作為參考系就是非慣性參考系．2．相對論時空觀(1)愛因斯坦提出一個假設(shè)：在不同的慣性參考系中，物理規(guī)律的形式都是相同的．(2)愛因斯坦提出另一個假設(shè)：真空中的光速在不同的慣性參考系中大小都是相同的．在上述兩個假設(shè)的基礎(chǔ)上，愛因斯坦對時間和空間進(jìn)行了新的詮釋：時間和空間會隨物體運(yùn)動而發(fā)生變化，具有相對性，而產(chǎn)生這些變化是由于觀測者在不同的慣性參考系中觀測到的效果不一樣．這就是相對論時空觀．【例1】牛頓力學(xué)的基礎(chǔ)是牛頓運(yùn)動定律，但它也有自己的局限性，以下說法正確的是(

)A．牛頓力學(xué)適用于研究接近光速運(yùn)行的物體的規(guī)律B．牛頓力學(xué)一般不適用于微觀粒子C．牛頓力學(xué)和相對論是完全對立的D．牛頓運(yùn)動定律不適用于研究在高速公路上行駛的汽車的運(yùn)動規(guī)律√[解析]

牛頓力學(xué)適用于研究宏觀低速物體的運(yùn)動，而不適用于研究接近光速運(yùn)行的物體的規(guī)律，A錯誤；牛頓力學(xué)適用于研究宏觀低速物體的運(yùn)動，一般不適用于微觀粒子，B正確；相對論是在牛頓力學(xué)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，不是對牛頓力學(xué)的全面否定，C錯誤；牛頓運(yùn)動定律適用于研究在高速公路上行駛的汽車的運(yùn)動規(guī)律，D錯誤．[針對訓(xùn)練1]經(jīng)典力學(xué)只適用于“宏觀世界”，這里的“宏觀世界”是指(

)A．行星、恒星、星系等巨大的物質(zhì)領(lǐng)域B．地球表面上的物質(zhì)世界C．人眼能看到的物質(zhì)世界D．不涉及分子、原子、電子等微觀粒子的物質(zhì)世界解析：“宏觀世界”是指牛頓力學(xué)適用的體系，包括非常廣闊的范圍，前三個選項(xiàng)說的當(dāng)然都屬于“宏觀世界”，但都很片面，沒有全面描述，D正確．√探究二時間延緩效應(yīng)

1．同時的相對性(1)絕對時空觀對“同時”的認(rèn)識：在同一個慣性參考系不同地點(diǎn)同時發(fā)生的兩個事件，在另一個慣性系中觀察也是同時的．(2)相對論的時空觀對“同時”的認(rèn)識：“同時”具有相對性，即在同一個慣性參考系不同地點(diǎn)同時發(fā)生的兩個事件，在另一個慣性系中觀察不一定是同時的．【例2】如圖所示，有三個完全相同的時鐘，時鐘A放在地面上，時鐘B、C分別放在兩個火箭上，兩個火箭分別以速度vB和vC朝同一方向飛行，vB＜vC，對于地面上的觀察者來說，以下說法中正確的是(

)

A．時鐘A走得最慢

B．時鐘B走得最慢C．時鐘C走得最慢

D．時鐘C走得最快√[解析]

根據(jù)相對論的時空觀，運(yùn)動的時鐘變慢，時鐘C的速度最大，時鐘C走得最慢，C正確，A、B、D錯誤．[針對訓(xùn)練2]某星際飛船正在遙遠(yuǎn)的外太空飛行，假如它的速度可以達(dá)到0.7c，在地球上觀測到其經(jīng)過8.76×104h的時間到達(dá)某星球，則在飛船上的人看來，其到達(dá)此星球需要的時間是(

)A．8.76×104h

B．6.26×104hC．12.27×104h

D．16.52×104h√【例3】一高速列車通過洞口為圓形的隧道，列車上的司機(jī)對隧道的觀察結(jié)果為(

)A．洞口為橢圓形，長度變短B．洞口為圓形，長度不變C．洞口為橢圓形，長度不變D．洞口為圓形，長度變短√[解析]

根據(jù)長度收縮效應(yīng)，在尺子長度方向上運(yùn)動的尺子比靜止時短，所以高速列車通過洞口為圓形的隧道時，列車上的司機(jī)觀察到隧道口的形狀仍然是圓形，但是觀察到隧道的長度變短，故選D.[針對訓(xùn)練3]兩個慣性系S和S′，沿x(x′)軸方向做勻速相對運(yùn)動．設(shè)在S′系中某點(diǎn)先后發(fā)生兩個事件，用靜止于該系的鐘測出兩事件的時間間隔為τ0,而用固定在S系的鐘測出這兩個事件的時間間隔為τ.又在S′系x′軸上放置一靜止于該系長度為l0的細(xì)桿，從S系測得此桿的長度為l，則判斷τ與τ0、l與l0的大小關(guān)系．解析：牛頓力學(xué)認(rèn)為，無論靜止還是運(yùn)動，